Капиллярный газовый хроматограф

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для анализа сложных многокомпонентных смесей веществ в различных отраслях народного хозяйства: химии , медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и др, Цель изобретения - сокращение времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хроматографической колонки при вводе жидкой пробы в колонку без испарения . Капиллярный газовый хроматограф содержит (капиллярную) колонку, установленную в термостате, инжектор для ввода проб, включающий цилиндрический корпус с каналом для подачи газа-носителя, цилиндрический вкладыш, тройник для соединения капиллярной хроматографической колонки с цилиндрическим вкладышем, детектор . Цилиндрический вкладыш из инертного термостойкого материала имеет в средней своей части внутреннюю перегородку с центральным отверстием. Входной конец колонки введен в цилиндрический вкладыш и контактирует с поперечной перегородкой в нем. Для соединения колонки с цилиндрическим вкладышем служит тройник , снабженный каналом для подачи газаносителя в зазор между корпусом тройника и концом цилиндрического вкладыша, установленного в нем. В каналах для подачи газа-носителя в корпус инжектора и в корпус тройника установлены управляемые запорные клапаны. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 N 30/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4762219/25 (22) 27.11,89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (72) 3.П.Скорняков и В.М.Пошеманский (53) 543.544 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1483356, кл. G 01 N 30/02, 1989..

Дженнингс B. Газовая хроматография на стеклянных капиллярных колонках, М.:

Мир, 1980, с.65. (54) КАПИЛЛЯРНЬ1Й ГАЗОВЫЙ ХРОМАТО ГРАФ . (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для . анализа сложных многокомпонентных смесей веществ в раз. личных отраслях народного хозяйства:. химии, медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и др. Цель изобретения — сокращение времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хроматографической колонки

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для анализа сложных многокомпонентных смесей веществ в раз-личных отраслях народного хозяйства: химии, медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и др. Преимуще-. ственно изобретение касается капиллярной газовой хроматографии с использованием высокоэффектных капиллярных колонок ма.лого диаметра(с внутренним диаметром 106 мкм и меньше).,Я2,, 1741061 А1 при вводе жидкой пробы в колонку без испарения, Капиллярный газовый хроматограф содержит (капиллярную) колонку, установленную в термостате, инжектор для ввода. проб, включающий цилиндрический корпус с каналом для подачи газа-носителя, цилиндрический вкладыш,. тройник для соединения капиллярной хроматографической колонки с цилиндрическим. вкладышем, детектор. Цилиндрический вкладыш. из инертного термостойкого материала имеет в средней своей части внутреннюю перегородкф с центральным отверстием, Входной конец колонки введен в цилиндрический вкладыш и контактирует с поперечной перегородкой в нем. Для соединения колонки с цилиндрическим вкладышем служит тройник; снабженный каналом для подачи газаносителя в зазор между корпусом тройника и концом цилиндрического вкладыша, установленного в нем. В каналах для подачи газа-носителя в корпус инжектора и в корпус тройника установлены управляемые эапорные клапаны. 2 ил.

Известны капиллярные газовые хроматографы, снабженные приспособлениями для прямого ввода проб в капиллярную хромвтографическую колонку диаметром 100 мкм и меньше без испарения пробы. Приспособление представляет собой емкость для пробы, имеющую выходной конец малоto диаметра в виде пипетки или сопла. Емкость снабжена приспособлением для создания импульса давления, эа счет которого осуществляется периодический вы1741061 дрический корпус с каналом для подвода брос дозированного количества жидкой пробы в колонку.

Недостатком известного хроматографа с указанной системой ввода проб является то, что переход на анализ новой жидкой пробы требует либо замены системы ввода, либо больших затрат времени на освобождение емкости от предыдущей пробы путем тщательной ее промывки. Кроме того, устройство для ввода пробы имеет черезвычайно сложную и дорогостоящую конструкцию, газа-носителя, цилиндрический вкладыш из инертного материала, имеющий в средней своей части поперечную перегородку с центральным отверстием. один конец которого введен в корпус с инжектора и размещен в нем коаксиально каналу для ввода носителя пробы, а другой конец установлен в термостате хроматографической колонки, тройник, служащий для соединения капиллярной хроматографической колонки с цилиндрическим вкладышем, и детектор, установленный на выходе капиллярной хро5

10 матографической колонки в котором, входпоперечной перегородкой в нем,. а тройник снабжен каналом для подачи газа-носителя в зазор между корпусом тройника и концом цилиндрического вкладыша, установленным в нем, причем в каналах для подачи газа-носителя в корпус инжектора и в корпус тройника установлены управляемые запорные клапаны.

Благодаря указанным особенностям выполнения хроматографа в нем обеспечивается возможность ввода жидкой пробы беэ испарения в капиллярную хроматографическую колонку, внутренний диаметр ко20

35 торой меньше внешнего диаметра носителя пробы, .например иглы. микрошприца, за счет передавливания жидкости из носителя пробы в колонку через отверстие в поперечной перегородке цилиндрического вкладыша. При этом проба не перетекает в зазоры между носителем пробы и цилиндрическим вкладышем и между входным концом капиллярной колонки и вкладышем благодаря тому, что в эти зазоры подается газ-носитель при одинаковом повышенном давлении, Как следствие, в предлагаемом хроматографе обеспечивается воэможность использования высокоэффективных капиллярных хроматографических колонок диаметром 100 мкм и меньше, что сокращает время анализа, так как время анализа на капиллярной колонке находится в прямой связи с ее внутренним диаметром.

На фиг,1 изображена принципиальная схема предлагаемого хроматографа; на

50 фиг,2 — то же, вариант

Хроматограф содержит инжектор 1 для ввода проб, включающий цилиндрический корпус 2 с каналом 3 для ввода носителя пробы, Канал 3 образован центральным от55 верстием в цилиндрической металлической пробке 4, ввинчиваемой внутрь корпуса 2 и имеющей конический внутренний вырез, в жащем капиллярную хроматографическую колонку, установленную в термостате, ин- который вводится один иэ концов цилинджектор для ввода проб, включающий цилин- рического вкладыша 5 из инертного термоНаиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является капиллярный газовый хроматограф, содержащий капиллярную хроматографическую колонку, установленную в термостате, инжектор для ввода проб, включающий цилиндрический корпус с каналом для ввода носителя пробы и каналом для подачи газа-носителя, цилиндрический вкладыш из инертного термостойкого материала, один конец которого введен в корпус инжектора и размещен в нем коаксиально каналу для ввода носителя пробы, а другой конец установлен в термостате капиллярной хроматографической колонки, тройник, служащий для соединения капиллярной хроматографической колонки с цилиндрическим вкладышем, уплотнительные элементы, служащие для герметичного соединения цилиндрического вкладыша с корпусом инжектора и тройника, а также колонки и тройника, и детектор, установленный на выходе капиллярной хроматографической колонки.

Недостатком известного хроматографа является, что в нем не обеспечивается возможность сокращения времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хроматографической колонки до

100 мкм и менее при вводе жидкой пробы непосредственно в капиллярную колонку без испарения. Известное устройство преимущественно предназначено для ввода жидких проб в капиллярную колонку диаметром 0,5-0,75 мм. Уменьшение диаметра колонки ограничено тем, что внутренний диаметр ее должен быть больше внешнего диаметра иглы микрошприца, которая вводится непосредственно в колонку, Целью изобретения является сокращение времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хрома. тографической колонки при вводе жидкой пробы s колонку без испарителя, Указанная цель достигается тем, что в капиллярном газовом хроматографе, содер15 ной конец колонки введен в цилиндрический вкладыш и контактирует с

1741061 стойкого материала, например стекла или тройниками 17 и 27 и частью цилиндричекварца. Корпус 2 инжектора 1 снабжен так- ского вкладыша 5, выступающей из инжекже каналом 6 для подачи газа-носителя. Газ- тора 1, размещены в объеме термостата 37 носитель подается в канал 6 no . (показан штриховой линией), на крышке 38 трубопроводу 7, в котором последовательно 5 которого размещены инжектор 1 и.детектор установлены регулятор8давления и управ- 29. Ввод пробы осуществляется микроляемый запорный клапан 9. Клапан 9 шун- шприцем 39 или микропипеткой (не показатирован пневмосопротивлением10. Корпус на). Микрошприц 39 имеет иглу 40, на

2 инжектора 1 со стороны канала 3 для вво- основании которой помещена уплотнительда носителя пробы снабжен накидной гай- 10 ная прокладка 41 из силиконовой резины. кой 11, осуществляющей герметизацию Диаметр отверстия 16 в прперечной перегомест соединения металлической пробки 4 и родке 15 цилиндрического вкладыша 5 корпуса 2 с помощью кольцевой уплотни- меньше внешнего диаметра иглы 40 микротельной прокладки 12. Со стороны ввода в шприца 39 и внешнего диаметра капилляркорпус 2 инжектора 1 цилиндрического 15 ной хроматографической колонки 18, вкладыша5также размещена накидная гай-, входной участок которой установлен в цика 13, служащая для герметизации зазора линдрическом вкладыше 5 так, что он упирамежду корпусом 2 и цилиндрическим вкла- ется своим концом в цилиндрическую дышем 5 посредством кольцевого уплотни- перегородку 15 и ориентирован коаксиальтельного элемента 14. В средней части 20 но отверстию 16. цилиндрического вкладыша 5 имеется попе- . Хроматограф работает следующим обречная перегородка 15 с центральным от- разом. верстием 16. Другой. конец В момент, предшествующий вводу процилиндрического вкладыша 5 установлен в бы, управляемые эапорные клапаны 9, 25 и корпусе тройника 17; служащего для соеди- 25 35 закрыты, а клапан 32 открыт. Поток газанения цилиндрического вкладыша 5 с ка- носителя, поступающий по трубопроводу 30 пиллярной хроматографической колонкой от регулятора давления 31 через открытый

18, Тройник 1? имеетдве накидные гайки 19 клапан 32 в тройник 27, делится в тройникеи 20, служащие для герметизации мест сое- 27 на две части. Одна часть потока газа-но- . динения цилиндрического вкладыша 5 и. ка- 30 сителя поступает в капиллярную хроматогпиллярной колонки 18 с корпусом тройника рафическую колонку 18, которая может

17 посредством кольцевых уплотнительных представлять собой отрезок пустой капилэлементов21 и 22 соответственно. Третьим лярной трубки из стекла или плавленого каналом тройника 17 служит патрубок 23, кварца с внешним полимерным покрытием, через который в корпус тройника 17 подает-. 35 и продувает внутренний ее объем в нап рався газ-носитель по трубопроводу 24, соеди- лении к инжектору 1. Далее через отверстие ненному с выходом регулятора,8 давления.. 16 в поперечной перегородке 15 цилиндриВ трубопроводе 24 установлен управляе- ческого вкладыша 5 поток газа-носителя помый запорный клапан 25, эашунтированный ступает во внутренний объем постоянным.. пневмосопротивлением 26. 40 цилиндрического вкладыша 5 и через канал

Выход капиллярной хроматографической 3 для ввода носителя пробы в инжектор 2 колонки 18 соединен с одним иэ каналов. сбрасывается в атмосферу. Второй поток дополнительного тройника 27, второй канал газа-носителя поступает в капиллярную кокоторого соединен с вторым участком 28 лонку 28, который представляет собой какапиллярной хроматографической колонки, 45 пиллярную трубку иэ плавленого кварца с выход которого соединен с детектором 29, . внешним полимерным покрытием, внутреннапример пламенно-ионизационным детек- няя поверхность которой покрыта слоем нетором. подвижной жидкой фазы. Второй поток

Третий выход. тройника 27 соединен с -газа-носителя продувает внутренний объем трубопроводом 30 для подачи газа-носите- 50 участка 28 колонки в направлении к детекля, в котором установлены дополнительный тору 29 и через детектор 29 также сбрасыварегулятор 31 давления и управляемый за- . ется в атмосферу. Небольшие патоки порный клапан 32, зашунтированный посто- газа-носителя, проходящие через шунтируянным пневмосопротивлением 33. Этот же ющие пневмосопротивления 10,.26 и 36 завыходтройника 27соединен струбопрово- 55 крытых клапанов 9, 25 и 35, также дом 34 для сброса газа в атмосферу, в кото- сбрасываются в атмосферу. Температуру в ром установлен управляемый эапорный термостате37хроматогрвфических колонок клапан 35, эашунтированный пневмосопро- в этот момент поддерживают ниже температивлением 36. Участки капиллярной хрома- .туры испарения анализируемых веществ. тографической колонки 18 и 28 вместе с

1741061

Пробу анализируемой жидкости смеси отбирают с помощью микрошприца 39, кончик иглы 40 которого срезан под прямым углом к ее оси (не заострен), Иглу 40 микрошприца 39 вводят через канал 3 для ввода носителя пробы в инжектор 1 до упора в поперечную перегородку 15 цилиндрического вкладыша 5. При этом уплотнительная прокладка 41 из основания иглы 40 герметизирует канал 3 для ввода носителя пробы в инжектор 1. В этот момент клапан 32 закрывают, а открывают клапаны 9, 25 и 35, т,е. газовую схему хроматографа приводят в положение. изображенное на фиг.1. При этом положении схемы гаэ-носитель от регулятора 8 давления поступает в корпус 2 инжектора 1 (через клапан 9) и в корпус тройника

17 (через клапан 25 и патрубок 23). Через зазоры между начальным участком цилиндрического вкладыша 5 и конической внутренней поверхностью пробки 4 газ-носитель поступает во внутренний объем участка цилиндрического вкладыша 5, где установлена игла 40 микрошприца 39.

Через зазоры между противоположным концом цилиндрического вкладыша 5 и корпусом тройника 17 газ-носитель поступает во внутренний объем участка цилиндрического вкладыша 5, в котором установлен входной участок капиллярной хроматографической колонки 18, С помощью плунжера микрошприца 39 осуществляют плавное передавливание жидкости иэ объема иглы 40 микрошприца 39 в объем входного участка каг1иллярной хроматографической колонки

18 через отверстие 16 поперечной перегородки цилиндрического вкладыша 5. При этом, поскольку давление газа-носителя в объема цилиндрического вкладыша 5 по обе стороны перегородки 15 равны, жидкая проба при передавливании ее из иглы 40 в колонку 18 не затекает в зазоры между иглой 40 и вкладышем 5 и между колонкой 18 и вкладышем 5. За счет того, что из внутреннего объема колонки 18 газ-носитель через тройник 27, трубопровод 34 и открытый клапан 35 стравливается в атмосферу, входной участок колонки 18, установленный в цилиндрическом вкладыше 5, начинает работать как насос, засасывая в свой внутренний объем жидкую пробу, выдавливаемую из иглы

40 микрошприца. После перевода всей жидкой пробы из иглы 40 микрошприца 39 во входной участок хроматографической колонки 18 клапан 35 закрывают и начинают повышать температуру в термостате 37 хроматографическои колонки по заданной программе. При этом микрошприц 39 остается в положении, изображенном на фиг,1, запирая канал 3 для ввода носителя пробы. Для этой цели микрошприц 39 снабжается специальными захватами (не показаны), которые входят в зацепление с накидной гайкой

11 инжектора 1, По мере повышения темпе5 ратуры в термостате 37 компоненты жидкой пробы, содержащиеся во входном участке капиллярной колонки 18, начинают испаряться и их пары потоком газа-носителя переносятся во второй участок 28

10 капиллярной колонки, где они разделяются.

После переноса паров анализируемых веществ из входного участка капиллярной колонки 18 в участок 28 клапаны 9 и 25 запираются, отпирается клапан 32 и иглу 40

15 микрошприца 39 извлекают иэ инжектора 1, открывая клапан 3 для ввода носителя пробы, Поток газа-носителя, поступающий по трубопроводу 30 в тройник 27, делится на две части, Одна часть потока поступает в

20 участок 28 капиллярной хроматографической колонки, перенося разделяемые компоненты смеси в направлении к детектору

29, Другая часть потока поступает во входной участок капиллярной колонки 18, отду25 вая ее внутренний объем от остатков паров пробы в атмосферу.

После завершения процесса анализа температуру в термостате 37 возвращают к . исходному значению, которое соответству30 ет моменту, предшествующему вводу пробы. Далее процесс ввода следующей пробы и ее анализа повторяется в описанной выше последовательности операций. Необходимо отметить, что переключение клапанов 9, 35 25, 32 и 35 на различных этапах ввода пробы и анализа осуществляется автоматически по заданной программе от командоаппарата, роль которого может осуществлять интегратор-вычислитель, используемый для обра40 ботки данных хроматографического анализа.

Вариант выполнения капиллярного газового хроматографа, изображенный на фиг.2, отличается от описанного тем, что

45 инжектор 1 снабжен уплотнительной прокладкой 42, герметично перекрывающий канал 3 для ввода носителя пробы (иглы 40 микрошприца 39). Он снабжен также каналом 43 для сброса части потока газа-носите50 ля, подаваемого по каналу 6 в корпус 2 инжектора 1, в атмосферу, в котором установлено регулируемое пневмосопротивление 44. Сброс части потока газа-носителя по. каналу 43 в атмосферу исключает влияние

55 газовыделений уплотнительйой прокладки

42 на результаты анализа. В этом варианте выполнения хроматографа ввод жидкой пробы на анализ может быть осуществлен только с помощью микрошприца 39. Все операции по вводу пробы и анализу полно1741061

10 стью аналогичны описанным выше. Исклю.чение составляет только то, что игла 40 микрошприца 39 может быть извлечена иэ инжектора 1 сразу после завершения операции передавливания пробы из иглы 40 во входной участок капиллярной колонки 18.

В обоих вариантах выполнения хроматографа инжектор 1 может быть снабжен приспособлением для его разогрева по заданной температурной программе. Участок

29 капиллярной хроматографической колонки может быть помещен в отдельный термостат.

В предпочтительном варианте выполнение хроматографа (фиг.1) входной участок капиллярной колонки 18 выполняется в ви.де пустой стеклянной капиллярной трубки, имеющей внутренний диаметр 0,2-0,3 we.

Участок 28 капиллярной колонки предпочтительно выполнить в виде капиллярной колонки из плавленого кварца с внешним полимерным покрытием, внутренний диаметр которой составляет 50 — 100 мкм. Внутренняя поверхность участка 28 капиллярной колонки покрыта слоем неподвижной жидкой фазы, химически "пришитым" к поверхности кварца, . Таким образом, в предлагаемом хроматографе обеспечивается воэможность работы с капиллярными хроматографическими колонками малого внутреннего диаметра (50-100 мкм), что обеспечивает резкое со-. кращение времени анализа в сравнении с обычно применяемыми колонками. При этом ввод жидкой пробы во входной участок капиллярной колонки осуществляется без испарения и деления потока в режиме прямого ввода (on соЬтп), что повышает точность хроматографического анализа.

5 Формула изобретения

Капиллярный газовый хроматограф, содержащий капиллярную хроматографическую колонку, установленную в термостате, инжектор для ввода проб, включающий ци10 линдрический корпус с каналом для подвода потока газа-носителя, цилиндрический вкладыш из инертного материала, имеющий в средней своей части поперечную перегородку с центральным отверстием, один ко15 нец которого введен в корпус инжектора и размещен в нем коаксиально каналу для ввода носителя пробы, а другой конец установлен в термостате хроматографической колонки, тройник, служащий для соедине20 ния капиллярной хроматографической колонки с цилиндрическим вкладышем, и детектор, установленный на выходе капиллярной хроматографической колонки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения

25 времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра при вводе жидкой пробы в колонку без испарения, входной конец колонки введен в цилиндрический вкладыш и контактирует с поперечной перегородкой в

30 нем, а тройник снабжен каналом для подачи газа-носителя в зазор между корпусом тройника и концом цилиндрического вкладыша, установленным в нем, причем в каналах для подачи газа-носителя в корпус инжектора и

35 в корпус тройника установлены управляемые запорные клапаны.

1741061

1741061

ФиГ 2

Составитель 3.Скорняков .

Редактор М,Циткина Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 2082 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101